一种民航甚高频无线电干扰信号自动监测装置的制作方法

本实用新型涉及无线电监测领域，具体涉及一种民航甚高频无线电干扰信号自动监测装置。

背景技术：

甚高频地空通信是空中交通管制最重要的手段，管制员的管制意图、指令和空中动态与调配都要通过甚高频话音通信与机组人员联系沟通，以达到空中有序飞行，并保证飞行安全。近年来，中国民航事业迅猛发展，民航机场、航线、航班数量日渐增多，飞行流量和机场起降频度不断增大，对空中交通管制的要求越来越高，对甚高频地空通信系统的通话质量、覆盖范围、系统的稳定性和可靠性提出了更高的要求。

与此同时，随着我国经济飞速发展、经济规模迅猛扩大，无线电台站大量增加、电磁环境不断恶化，加之近年来大量出现的质量低劣的非法广播电台(俗称“黑广播”)产生的杂散干扰很易进入民航专用频段，使航空无线电设备特别是甚高频地空通信专用频道和通信信号遭受无线电干扰的事件越来越多，并呈逐年上升趋势。这些干扰造成地空通信距离缩短，通话质量下降，严重时导致飞行员与空中交通管制员无法进行交流，对飞行安全和民航系统正常运营造成直接威胁和严重影响。

当前，虽然民航部门对民航干扰分析研究已很多，人工现场排查的方法和实践也很多，但都还不具备能实现实时监测、自动分析判断和主动告警的技术装备，常常是管制员或飞行员发现干扰时才由有关部门去查找确定干扰源。由于无线电干扰的产生原因很多，干扰分析、确认特别是干扰源查找难度很大，在没有专用技术装备的情况下，耗费很多人力也难以及时发现并查找、确定干扰源，致使工作很被动。

目前，民航建设的无线电监测设备都是常规无线电频谱监测设备。由于其技术体制和架构主要针对常规的无线电频谱监测、信号测量和频谱管理，不具备对民航干扰的实时监测、精细化分析和鉴别确定能力，更不具备无需人工参与的全自动化的干扰检测和干扰源查找能力，致使无线电管理和民航有关部门不能自动、主动地发现、记录、分析和预警干扰，而由于在干扰处置时难以复现全部干扰，这给无线电管理部门和民航空管部门快速排除干扰造成很大困难。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种民航甚高频无线电干扰信号自动监测装置，该装置实现了对民航甚高频通信频段内对地空通信信号构成干扰的各类干扰信号的实时监测、自动检测、分析、记录、显示和告警，装置采用7x24小时连续、全自动化、无人值守工作模式，解决了现有民航干扰信号难以侦测捕获、分析、判断确认和难以快速排除的难题。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

一种民航甚高频无线电干扰信号自动监测装置，所述监测装置包括控制模块，以及与控制模块均连接的民航频段监测信号接收模块、信号处理模块、显示模块、干扰信号检测模块、通信模块和存储模块；所述民航频段监测信号接收模块、信号处理模块及干扰信号检测模块依次连接。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型首先通过通信模块接收上位机发出的干扰监测指令，控制模块根据该干扰监测指令自动生成干扰信号检测指令，并自动发出干扰信号检测指令到民航频段监测信号接收模块、信号处理模块和干扰信号检测模块，然后由民航频段监测信号接收模块根据控制模块发出的干扰信号检测指令接收民航频段监测信号，并输出到信号处理模块；信号处理模块根据控制模块发出的干扰信号检测指令对民航频段监测信号进行下变频到中频模拟信号，并对中频模拟信号进行A/D变换和时-频域转换处理，得到中频频谱数据和民航频段监测信号频域数据，并输出到民航干扰信号检测模块；干扰信号检测模块从接收到的民航频段监测信号频域数据中检测出干扰信号并记录一定时长的IQ数据，同时对干扰信号进行ITU参数测量和调制模式识别，得到干扰信号的参数和调制模式，并将干扰信号的参数、调制模式和记录的IQ数据输出到控制模块；控制模块将干扰信号的参数和调制模式传给显示模块进行显示，以便现场维护人员查看信息；将干扰信号的参数、调制模式和IQ数据传输给存储模块进行存储，为后续干扰进一步分析和判定提供原始数据支持；将干扰信号的参数、调制模式和IQ数据传输给上位机，方便维管人员远程实时获知干扰情况及监测设备的工作状态。因此，本监测装置实现了对民航甚高频干扰信号7x24小时不间断自动监测和告警，使有关人员能够尽早开展干扰排除工作，将干扰的影响和危害降到可控范围，有力地保障了民航地空通信质量和民航运输安全。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述监测装置还包括民航信号解调监听模块；

所述民航信号解调监听模块连接信号处理模块和控制模块。

采用上述进一步方案的有益效果是：能对民航甚高频话音通信信号进行自动监听和录音，为后续出现民航无线电干扰或民航通信设备发生异常时进行分析判定提供原始辅佐数据支持。

进一步，所述监测装置还包括宽频段监测信号接收模块、干扰源搜索分析模块；

所述宽频段监测信号接收模块连接信号处理模块；所述干扰源搜索分析模块分别连接信号处理模块、控制模块和干扰信号检测模块。

采用上述进一步方案的有益效果是：能根据接收到的干扰信号的参数信息,建立干扰模型和干扰源信号与干扰信号的相关度检测模型，应用该干扰模型和相关度检测模型在民航专用频段内、外查找产生该干扰信号的干扰源信号，测量干扰源信号的参数、调制模式等属性，判定干扰源信号的干扰类型，记录干扰源信号的IQ数据，为后续对干扰源进行测向、定位及进一步分析确认提供信息支持。

进一步，还包括宽频段测向信号接收模块、干扰源测向模块；

所述宽频段测向信号接收模块连接信号处理模块；所述干扰源测向模块分别连接信号处理模块、控制模块和干扰源搜索分析模块。

采用上述进一步方案的有益效果是：能根据接收到的干扰源信号的频率等参数，利用宽频段测向天线、宽频段测向信号接收模块、信号处理模块和干扰源测向模块等设备和软件，实现对干扰源信号的比幅测向，确定干扰源信号来波方向，从而支持干扰源的快速排除。

进一步，还包括宽频段监测天线、宽频段测向天线和民航频段监测天线；

所述民航频段监测天线连接民航频段监测信号接收模块；

所述宽频段监测天线连接宽频段监测信号接收模块；

所述宽频段测向天线连接宽频段测向信号接收模块。

采用上述进一步方案的有益效果是：接收天线包括宽频段监测天线、宽频段测向天线和民航频段监测天线共三种天线。民航频段监测天线接收民航专用频段内的无线电信号,用于检测是否存在民航干扰信号，及对民航信号进行测量和解调监听；宽频段监测天线接收比民航专用频段更宽频段的无线电信号，用于查找对民航专用频段产生干扰的干扰源信号；宽频段测向天线用于对民航干扰源信号进行比幅测向，从而支持快速排除干扰。

进一步，所述民航频段监测信号接收模块包括程控放大/衰减器；所述宽频段测向信号接收模块包括多选一电子开关；所述宽频段监测信号接收模块包括程控放大/衰减器。

进一步，所述信号处理模块包括三个独立、并行工作的民航频段监测信号处理通道、宽频段监测信号处理通道和宽频段测向信号处理通道，均包括依次连接的下变频单元和信号处理单元；

所述下变频单元包括依次连接的前置放大器、带通滤波器、混频器、低通滤波器、中频放大器和中频滤波器；

所述信号处理单元包括依次连接的A/D转换器、FPGA处理器和数字下变频器。

采用上述进一步方案的有益效果是：基于软件无线电基本思想，将A/D转换器尽可能地靠近射频接收天线，建立了具有“A/D-DSP(FPGA)”模型的硬件平台，在这个硬件平台上利用软件技术来实现民航无线电监测、测量和信息处理的核心功能模块。

进一步，所述通信模块为无线通信模块和/或有线通信模块。

附图说明

图1为本实用新型原理框图；

图2为本实用新型下变频单元原理框图；

图3为本实用新型信号处理单元原理框图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

本实用新型针对民航无线电及干扰特点，实用新型研制了基于软件无线电(SDR)技术理念的民航无线电监测三通道射频接收处理和数字信号处理的体系架构，实现对民航通信信号实时监测、干扰检测、解调监听记录、干扰源同步相关分析查找等功能和协同并行工作机制，对于实现干扰的自动搜索查找和分析判定发挥了关键作用。

按照软件无线电基本思想，本系统将宽带模数变换器(A/D)尽可能地靠近射频接收天线，建立了具有“A/D-DSP(FPGA)”模型的硬件平台，在这个硬件平台上利用软件技术来实现民航无线电监测、测量和信息处理的核心功能模块。

本实用新型中所说的宽频段指的是信号频率范围30～1000MHz，民航频段指的是信号频率范围117.975～137MHz。

如图1所示，一种民航甚高频无线电干扰信号自动监测装置，所述监测装置包括民航频段监测信号接收模块、信号处理模块、干扰信号检测模块、控制模块、显示模块、通信模块和存储模块；

所述通信模块，用于接收上位机发出的干扰监测指令，并发送到控制模块；

所述控制模块，用于接收所述干扰监测指令，并根据所述干扰监测指令自动生成干扰信号检测指令；同时，分别向民航频段监测信号接收模块、信号处理模块和干扰信号检测模块发出干扰信号检测指令；

所述民航频段监测信号接收模块，用于根据控制模块发出的干扰信号检测指令接收民航频段监测信号，并输出到信号处理模块；

所述信号处理模块，用于根据控制模块发出的干扰信号检测指令对所述民航频段监测信号进行下变频到中频模拟信号，并对中频模拟信号进行A/D变换和时-频域转换处理，得到中频频谱数据和民航频段监测信号频域数据，并输出到民航干扰信号检测模块；

所述干扰信号检测模块，用于从所述民航频段监测信号频谱数据中检测出干扰信号的参数和调制模式，记录一定时长的干扰信号的IQ数据，并将所述干扰信号的参数、调制模式和记录的IQ数据输出到控制模块，所述参数包括中心频率、带宽和场强；

所述控制模块，还用于将接收到的所述干扰信号的参数和调制模式传输给显示模块，同时，将接收到的所述干扰信号的参数、调制模式和IQ数据传输给存储模块和通信模块；

所述显示模块，用于显示接收到的所述干扰信号的参数和调制模式；

所述存储模块，用于存储接收到的所述干扰信号的参数、调制模式和IQ数据；

所述通信模块，用于将接收到的所述干扰信号的参数、调制模式和IQ数据传输给上位机。

为了能对民航甚高频话音通信信号进行自动监听和录音，为后续干扰或设备异常的进一步分析判定提供原始数据支持，所述监测装置还包括民航信号解调监听模块和存储模块；

所述信号处理模块，还用于将民航频段监测信号频域数据输出到民航信号解调监听模块；

所述民航信号解调监听模块，用于对所述民航频段监测信号频域数据进行信道化处理和多通道并行AM/FM解调，获取民航无线电各频道信号的音频数据，并加入民航无线电频道编号和时间信息，输出到控制模块；

所述控制模块，还用于将所述民航无线电各频道信号的音频数据及加入的编号和时间信息传输给存储模块；

所述存储模块，用于存储接收到的所述民航无线电各频道信号的音频数据及加入的编号和时间信息。

为了对民航甚高频干扰信号进行7x24小时不间断自动检测发现、分析、记录和告警，使有关人员能够尽早开展干扰排除工作，将干扰的影响和危害降到可控范围，所述监测装置还包括宽频段监测信号接收模块、干扰源搜索分析模块；

所述干扰信号检测模块，还用于将所述干扰信号的参数、调制模式输出到干扰源搜索分析模块；

所述控制模块，还用于根据接收到的干扰信号的参数产生干扰源搜索分析指令，并分别发送给宽频段监测信号接收模块、民航频段监测信号接收模块、信号处理模块和干扰源搜索分析模块；

所述宽频段监测信号接收模块，用于根据接收到的干扰源搜索分析指令接收宽频段监测信号，并输出到信号处理模块；

所述民航频段监测信号接收模块，还用于根据接收到的干扰源搜索分析指令接收民航频段监测信号，并输出到信号处理模块；

所述信号处理模块，还用于根据控制模块发出的干扰源搜索分析指令对所述宽频段监测信号进行下变频到中频模拟信号，并对中频模拟信号进行A/D变换和时-频域转换处理，得到中频频谱数据和宽频段监测信号频域数据，输出到干扰源搜索分析模块；

所述干扰源搜索分析模块，用于根据所述干扰源搜索分析指令和干扰信号的参数和调制模式信息，依据相关度检测模型判断宽频段监测信号是否为民航干扰信号的干扰源信号，若是，则根据干扰模型确定该干扰源信号的干扰类型、调制模式，记录其一定时长的IQ数据；并将所述干扰源信号的参数、干扰类型、调制模式及记录的IQ数据输出到控制模块，所述参数包括中心频率、带宽和场强；

所述控制模块，还用于将接收到的所述干扰源信号的参数、调制模式及类型传输给显示模块，将接收到的所述干扰源信号的参数、调制模式、类型及IQ数据传输给存储模块和通信模块；

所述显示模块，还用于显示接收到的所述干扰源信号的参数、调制模式及类型；

所述存储模块，还用于存储接收到的所述干扰源信号的参数、类型、调制模式和IQ数据；

所述通信模块，还用于将接收到的所述干扰源信号的参数、类型、调制模式和IQ数据传输给上位机。

为了对民航干扰源信号进行测向，还包括宽频段测向信号接收模块、干扰源测向模块；

所述干扰源搜索分析模块，还用于将所述各干扰源信号的参数输出到干扰源测向模块；

所述控制模块，还用于对接收到的全部干扰源信号进行编号，按照编号依序根据该干扰源信号的参数产生干扰源测向指令，并发送给宽频段测向信号接收模块、信号处理模块和干扰源测向模块，待完成下述信号测向流程后，再产生并发送后续各干扰源信号的干扰源测向指令，直至完成全部干扰源信号的测向流程；

所述信号处理模块，还用于根据控制模块发出的干扰源测向指令对接收到的所述各通道的宽频段测向信号中的干扰源信号进行下变频到中频模拟信号，并对中频模拟信号进行A/D变换、时-频域转换和数字下变频，得到该干扰源信号的零中频频谱数据，并输出到干扰源测向模块；

所述干扰源测向模块，用于根据控制模块发出的干扰源测向指令和干扰源搜索分析模块传输的干扰源信号的参数信息，对各通道干扰源信号的零中频频谱数据进行测量得到各通道干扰源信号场强并进行比较，将场强值最大的通道对应的天线方向确定为干扰源信号的来波方向，并输出该干扰源信号的测向结果到控制模块；

所述控制模块，还用于将接收到的所述全部干扰源信号的测向结果传输给显示模块、存储模块和通信模块；

所述显示模块，还用于显示接收到的所述全部干扰源信号的测向结果；

所述存储模块，还用于存储接收到的所述全部干扰源信号的测向结果；

所述通信模块，还用于将接收到的所述全部干扰源信号的测向结果传输给上位机。

因此，根据接收到的干扰源信号的频率等参数产生干扰源测向指令，利用宽频段测向天线、宽频段测向信号接收模块、信号处理模块和干扰源测向模块等设备和软件，实现对干扰源信号的比幅测向，确定干扰源信号来波方向，从而支持干扰的快速排除。

本实用新型实施例中，还包括宽频段监测天线、宽频段测向天线和民航频段监测天线；

所述民航频段监测天线，用于接收民航专用频段内的无线电信号,并传输给所述民航频段监测信号接收模块,用于检测是否存在民航干扰信号，及对民航信号进行测量和解调监听；

所述宽频段监测天线，用于接收比民航专用频段更宽频段的无线电信号，并传输给所述宽频段监测信号接收模块,用于查找对民航专用频段产生干扰的民航专用频段内、外的干扰源信号；

所述宽频段测向天线，包含多付指向各等角度间隔方向的独立定向天线单元，用于采用分时切换的方式分别接收来自各方向的无线电信号，并传输给所述宽频段测向信号接收模块，用于对干扰源信号进行比幅测向。

本实用新型实施例中，所述民航频段监测信号接收模块包括程控放大/衰减器，使用程控放大/衰减器对民航频段信号进行幅度放大或衰减，输出给信号处理模块，结合后续模块实现干扰监测测量和民航通信信号解调监听功能；所述宽频段监测信号接收模块包括程控放大/衰减器，使用程控放大/衰减器对宽频段信号进行幅度放大或衰减，输出给信号处理模块，结合后续模块实现对干扰源信号的搜索查找；所述宽频段测向信号接收模块包括多选一电子开关，使用电子开关进行天线通道选择，结合后续模块实现干扰源信号测向功能。

本实用新型实施例中，所述信号处理模块包括三个独立、并行工作的信号处理通道，该三个通道分别对接民航频段监测信号接收模块、宽频段监测信号接收模块和宽频段测向信号接收模块；信号处理模块的三个信号处理通道均包括依次连接的下变频单元和信号处理单元，三个信号处理通道的混频器共用频率源。

如图2所示，所述下变频单元包括依次连接的前置放大器、带通滤波器、混频器、低通滤波器、中频放大器和中频滤波器。

如图3所示，所述信号处理单元包括依次连接的A/D转换器、FPGA处理器和数字下变频器。

本实用新型实施例中，所述通信模块为无线通信模块和/或有线通信模块，还用于接收上位机发送的控制指令，通过与上位机进行通信，可直接接收上位机的控制指令并向上位机实时传输监测过程和结果信息，实现管理人员和维护人员对监测装置的远程监控和对干扰信息的实时掌握。

本实用新型首先由上位机通过通信模块向控制模块发出干扰监测指令，控制模块接收该指令后自动生成干扰信号检测指令，同时发送给民航频段监测信号接收模块、信号处理模块和干扰信号检测模块，然后由民航频段监测信号接收模块接收民航频段监测信号，输出到信号处理模块；信号处理模块对民航频段监测信号进行下变频到中频模拟信号，对中频模拟信号进行处理，得到民航频段监测信号频域数据，输出到民航干扰信号检测模块；干扰信号检测模块从接收到的民航频段监测信号频域数据中检测出干扰信号，记录一定时长的干扰信号的IQ数据，对干扰信号进行参数测量和调制模式识别，将干扰信号的参数、调制模式信息和记录的IQ数据输出到控制模块；控制模块将接收到的干扰信号的参数、调制模式信息传输给显示模块进行显示，将接收到的干扰信号的参数、调制模式信息和记录的IQ数据传输给存储模块进行存储及通过通信模块传输给上位机。因此，本监测装置实现了对民航甚高频干扰信号7x24小时不间断自动监测和告警，使有关人员能够尽早开展干扰排除工作，将干扰的影响和危害降到可控范围，有力地保障了民航地空通信质量和民航运输安全。

同时为了在电磁环境中搜索查找干扰源信号，控制模块根据接收到的干扰信号的参数信息自动生成干扰源搜索分析指令，同时发送给宽频段监测信号接收模块、民航频段监测信号接收模块、信号处理模块和干扰源搜索分析模块；宽频段监测信号接收模块接收宽频段监测信号，输出到信号处理模块；民航频段监测信号接收模块接收民航频段监测信号，输出到信号处理模块；信号处理模块对宽频段监测信号进行下变频到中频模拟信号，并对中频模拟信号进行处理，得到宽频段监测信号频域数据，输出到干扰源搜索分析模块；同时，信号处理模块对所述民航频段监测信号中的民航干扰信号进行处理，得到民航干扰信号的零中频频谱数据，输出到干扰源搜索分析模块；干扰源搜索分析模块根据已获知的干扰信号的参数和调制模式信息，利用宽频段监测频域数据和干扰信号频谱数据，应用建立的干扰模型和相关度检测模型在宽频范围内进行扫描搜索、信号参数测量、调制模式识别和相关度计算、比较，查找出干扰源信号，分析识别干扰类型，记录一定时长的干扰源信号的IQ数据。

在干扰源信号在频域中的频率位置及其它参数、类型确定的情况下，为了能尽快排除干扰源信号，还需要在空域上获知干扰源信号的方向和位置(位置信息可通过多点测向后进行交汇而获得)，控制模块根据接收的干扰源信号信息自动生成干扰源测向指令，同时发送给宽频段测向信号接收模块、信号处理模块和干扰源测向模块；宽频段测向信号接收模块包括多个通道的宽频段测向信号接收单元，利用该多通道宽频段测向信号接收单元采用分时切换方式将来自不同通道(每个通道对应不同的方向)的宽频段测向信号输出到信号处理模块；信号处理模块对来自不同通道的宽频段测向信号进行下变频到中频模拟信号，并对中频模拟信号进行处理，得到来自不同通道的干扰源信号的零中频频谱数据，输出到干扰源测向模块；干扰源测向模块对来自不同通道的干扰源信号的零中频频谱数据进行测量得到干扰源信号场强并进行比较，将场强值最大的通道对应的天线方向确定为干扰源信号的来波方向。

综上，本实用新型实现了对民航甚高频通信频段内对地空通信信号构成干扰的各类干扰信号的实时监测、自动检测、分析、记录和告警，装置采用7x24小时连续、全自动化、无人值守工作模式，解决了现有民航干扰信号难以侦测捕获、难以检测分析、难以判断确认和难以快速排除的难题。

本实施例提供的监测装置遵循《ITU-R SM.1392-2发展中国家频谱监测系统的基本要求(01/2011)》和我国《VHF/UHF无线电监测设施建设规范和技术要求(试行)》等技术规范，实现了干扰自动化监测、智能化分析功能。

1)自动监测发现民航甚高频地空通信频段内的干扰信号，搜索查找干扰源信号

对民航甚高频地空通信频段(频段范围为117.975-137MHz)内指配的工作信道和载波信号进行实时频谱监测和信号测量，应用频谱模板比对、信号参数测量比对、信号底噪模板比对、信号波形检测等多项创新干扰检测算法，自动识别工作信道上的干扰信号或混叠在民航通信信号上的干扰信号，应用干扰模型和相关度检测模型等干扰分析算法在民航专用频段内、外自动查找产生该干扰信号的干扰源信号，测量分析干扰源信号的参数，识别其调制模式，判定干扰类型。

2)对民航干扰源信号进行自动测向

利用测向天线、测向信号接收、处理等硬件模块和干扰源测向软件模块，实现对干扰源信号的比幅测向，确定干扰源信号来波方向，从而支持干扰快速排除。当采用单台监测装置多位置测向或同时部署两台及以上监测装置时，可利用获取的多个测向结果对干扰源信号进行交汇定位。

3)民航甚高频话音通信信号自动监听和录音

采用多路并行方式对民航甚高频地空通信频段内指配的地空话音通信信道的信号(调制模式为DSB-AM)进行自动解调监听和记录，为发生干扰或设备异常时进行深入分析判定提供原始数据。

主要性能指标：

1)监测频率范围：30MHz～1000MHz

2)测向频率范围：30MHz～1000MHz

3)天线极化方式：垂直极化

4)调谐分辨率：≤1Hz

5)接收灵敏度：-118dBm

6)动态范围：85dB

7)频率稳定度：≤±5×10^-8/D(0℃～45℃)

8)频率精确度：≤1×10^-7(0℃～45℃)

9)监测扫描速度：≥40GHz/s(频率分辨率12.5KHz时)

10)正常工作温度：－20℃～+65℃(室外设备)

11)正常工作湿度：5％～98％(室外设备)

12)平均无故障时间：3000小时

13)工作方式：7x24h连续工作，全自动，无人值守。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。